TFT LCD

Un TFT-LCD de 15" (Pulgadas).

TFT-LCD (Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, Transistor de Película Fina - Pantalla de Cristal Líquido) es una variante de pantalla de cristal líquido (LCD) que usa tecnología de transistor de película delgada (TFT) para mejorar su calidad de imagen. Las LCD de TFT son un tipo de LCD de matriz activa, aunque esto es generalmente sinónimo de LCD. Son usados en televisores, visualizadores de pantalla plana y proyectores. En informática, los monitores de TFT han desplazando la tecnología de CRT, y están comúnmente disponibles en tamaños de 12 a 30 pulgadas. En el 2006 han entrado en el mercado de las televisiones.

Construcción

Las pantallas de cristal líquido normales, como las de las calculadoras, presentan elementos de imagen excitados en forma directa –se puede aplicar una tensión a través de un segmento sin que interfiera con otros segmentos de la pantalla. Esto no es posible en pantallas grandes con un gran número de píxeles, puesto que se requerirían millones de conexiones -conexiones en la parte superior e inferior para cada uno de los tres colores (rojo, verde y azul) de cada píxel. Para evitar esto, los píxeles son direccionados en filas y columnas, lo que reduce el número de conexiones de millones a miles. Si todos los píxeles de una fila son excitados mediante una tensión positiva y todos los píxeles de una columna son excitados con una tensión negativa, entonces el píxel que se encuentra en la intersección tiene el voltaje aplicado más elevado y es conmutado. El inconveniente de esta solución es que todos los píxeles de la misma columna reciben una fracción de la tensión aplicada, como ocurre con todos los píxeles de la misma fila, así a pesar de que no sean conmutados completamente, tienden a oscurecerse. La solución al problema es proporcionar a cada píxel su propio transistor conmutador, esto permite controlar a cada píxel por separado. La baja corriente de fuga del transistor implica que la tensión aplicada al pixel no se pierde durante las actualizaciones de refresco de la imagen en la pantalla. Cada píxel es un pequeño condensador con una capa transparente de óxido de indio y estaño en el frontal, una capa transparente en la parte posterior, y entre medio una capa aislante de cristal líquido.

La distribución de los circuitos en un TFT-LCD es muy similar a la utilizada en la memoria DRAM. Sin embargo, en vez de realizar los transistores usando obleas de silicio, estos son fabricados depositando una película delgada de silicio sobre un panel de vidrio. Los transistores ocupan sólo una pequeña fracción del área de cada píxel y la película de silicio de la superficie remanente es eliminada permitiendo que la luz pase a través de ella.

La capa del silicio para TFT-LCD se deposita generalmente usando el proceso denominado PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) de un precursor de gas silano (SiH4) para producir una película amorfa de silicio. El silicio policristalino también se utiliza en algunas pantallas donde se requieren TFTs con un rendimiento más alto, típicamente en pantallas donde se requiere una resolución muy alta o en aquellas donde se desea realizar algún procesamiento de datos en sí mismo. Ambos tipos de TFTs, los de silicio amorfo y los de silicio policristalino presentan una prestación muy pobre frente a los transistores fabricados a partir de cristales de silicio simples, normalmente durante la construcción quedan residuos que posteriormente con el tiempo pueden presentar pixeles apagados y se pueden propagar en líneas horizontales y verticales de manera progresiva.

Tipos

TN+Film

TN+Film (Twisted Nematic + Film, Torsión Nemática + Película) o TN, es el tipo de visualización más común, atribuible a su coste de producción bajo y amplio desarrollo. El tiempo de respuesta de un píxel en los paneles TN modernos, es lo suficientemente rápido para evitar rastros de sombras y efectos fantasmas (problemas de refresco), que eran un problema de los monitores LCDs de tecnología pasiva. Los tiempos de respuesta rápidos han sido la virtud más importante de esta tecnología, aunque en la mayoría de los casos este número no refleja el rendimiento a través de las transiciones de los posibles colores. Los tiempos de respuesta tradicionales fueron dados acuerdo a un estándar ISO como la transición desde el negro hacia el blanco y no reflejaron la velocidad de las transiciones de los tonos grises (una transición mucho más común para cristales líquidos en la práctica). El uso moderno de tecnologías RTC (Response Time Compensation - Overdrive) han permitido que los fabricantes reduzcan el tiempo de las transiciones de gris (G2G) significativamente, mientras que el tiempo de respuesta ISO queda casi igual. Las tiempos de respuesta son dadas ahora en las cifras de G2G, con 4ms y 2ms como valores comunes para los modelos fundamentados en la tecnología de TN+film. Esta estrategia de mercadotecnia, combinado con el coste relativamente más bajo de la producción para pantallas TN, ha resultado en el dominio de TN en el mercado del consumidor. Una de las desventajas de las pantallas basadas en TN es su escaso ángulo de visión, especialmente en la dirección vertical, siendo la mayoría incapaces de mostrar los 16.7 millones de colores (color verdadero de 24 bits) disponibles de las tarjetas de gráficas modernas. Estos paneles especiales, con 6 bits por el canal de color a diferencia de 8, puede acercarse al color de 24 bits usando un método de tramado que combina pixeles adyacentes para simular el tono deseado. También pueden usar FRC (el control de rate de marco), el menos conspicuo de lo dos. El FRC cicla muchas veces rápidamente sobre los pixeles para simular un tono en particular. Estos métodos de simulación de color son perceptibles para la mayoría de las personas y angustioso para otros. FRC tiende a ser más notable en los tonos más oscuros. El motivo de tramado tiene la tendencia de aparece como si los pixeles individuales de la LCD estuvieran en realidad visibles. En general, la reproducción de color y ángulo de visión de los paneles de tipo TN son pobres. Los defectos en la gama de color de visualización (referencia como unos porcentajes de la 1953 gama de color de NTSC a menudo) también pueden ser atribuidos a iluminar desde el fondo la tecnología. No es poco común para las visualizaciones con CCFL (cátodo lámparas fluorescentes fríos) fundado al encenderse extenderse 40 % a 76 % de la gama de color de NTSC, mientras que visualizaciones que utilizan blanco que LED ilumina desde el fondo pueden extender 100 % de la gama de color de NTSC - una diferencia poco perceptible al ojo humano.

IPS

IPS (In-Plane Switching, Alternación En-El-Plano) fue desarrollado por Hitachi en 1996 para superar los pobres ángulos de visión y reproducción de color de los paneles TN. La mayoría también soporta 8 bits de color reales. Estas mejoras vinieron con una pérdida de tiempo de repuesta, que estaba inicialmente en el orden de los 50ms. Los paneles de IPS eran también sumamente costosos. IPS desde entonces ha sido reemplazado por S-IPS (Super-IPS, Hitachi en 1998), que tiene todos los beneficios de la tecnología de IPS más un tiempo de refresco de píxel mejorado. Aunque la reproducción de color se acerca a la de los CRTs, el contraste es relativamente pobre. La tecnología S-IPS es ampliamente usada en los paneles de 20" y más. LG y Philips permanecen como unos de los fabricantes principales de paneles basados en S-IPS.

AS-IPS (S-IPS Avanzado), también desarrollado por Hitachi en 2002, mejora considerablemente el contraste de los S-IPS tradicionales al punto de ser superados sólo por algunos S-PVAs. AS-IPS es también un término usado por monitores NEC (por ejemplo, NEC LCD20WGX2) basados en tecnología S-IPS, en este caso, desarrollada por LG.Philips.

A-TW-IPS (IPS Blanco Real Avanzado), desarrollado por LG.Philips LCD para NEC, es un panel S-IPS personalizado con un filtro TW (Blanco Real) para hacer que el blanco se vea más natural e incrementar la gama de color. Esto se utiliza en LCDs profesionales o de fotografía.

H-IPS Lanzado a finales de 2006, es una evolución del panel IPS que mejora a su predecesor, el panel S - IPS . El panel H - IPS puede verse en el NEC LCD2690WUXi, Mitsubishi RDT261W 26"LCD y en el más reciente Apple iMac de aluminio de 24".

Por tanto, para resumir, los pros y los contras de la H - IPS sobre los S - IPS:

Pros (Ventajas):

• Mucho menos sangrado de fondo.
• No tiene matices morados visibles en un ángulo
• El sangrado de la luz de fondo mejora la apariencia en un ángulo
• Menos ruido o brillo visto en la superficie del panel (superficie lisa)

Contras (Inconvenientes):

• Aún algunos de los sangrados de fondo en las áreas que son de color verde.
• Ángulos de visión pueden haberse sacrificado con el fin de conseguir mayores ventajas.

Fringe Field Switching es una técnica para lograr un mayor ángulo de visión y de transmisión de pantallas IPS.

Otra contra de la tecnología IPS es que puede verse afectada por un problema de trasluz, debido a sus características. Deja pasar más luz en las zonas oscuras del que debería, por lo que en algunos ángulos de visión agudos, sobretodo verticales, puede verse que las zonas negras dejan de serlo, transformándose en un brillo que el mismo monitor genera. Se creó un filtro de polarización para solucionarlo y que es incorporado en los IPS de elevado coste.

MVA

MVA (Alineación Vertical Multidominio) fue desarrollado en 1998 por Fujitsu originalmente como un punto intermedio entre TN e IPS. Consiguió una respuesta de pixel rápida (en su momento), amplios ángulos de visión, y el contraste alto, en desmedro de la luminosidad y la reproducción de color. Los paneles de MVA modernos pueden brindar amplios ángulos de visión (sólo superados por la tecnología S-IPS), buena profundidad de negro, buena reproducción y profundidad de color, y rápidos tiempos de respuesta gracias al uso de tecnologías RTC. Hay varias tecnologías "de siguiente generación" basadas en MVA, incluyendo P-MVA y A-MVA de AU Optronics, como así también S-MVA de Chi Mei Optoelectronics. Los analistas predijeron que MVA sería la tecnología a seguir, pero sin embargo TN ha dominado el mercado. Un factor contribuyente era el mayor costo de MVA, conjuntamente con un tiempo de respuesta más lento (que aumenta considerablemente cuando se dan cambios pequeños en la luminosidad). Los paneles de MVA más económicos también pueden usar tramado y FRC.

PVA

PVA (Alineación Vertical por Patrones) y S-PVA (Super Alineación Vertical por Patrones) son las versiones alternativas de la tecnología de MVA ofrecidas por Samsung. Desarrollado por separado, padece del mismo problema que el MVA, pero a cambio ofrece contrastes muy altos como 3000: 1. Los paneles PVA económicos también usan tramado y FRC. Todos los paneles S-PVA son de 8 bits de color reales y no usan ningún método de simulación de color. PVA y S-PVA pueden brindar una buena profundidad de negro, amplios ángulos de visión y S-PVA puede ofrecer además tiempos de respuesta rápidos gracias a modernas tecnologías de RTC.

PLS

PLS (Plane Line Switching) y S-PLS Es una tecnología actualmente en desarrollo por Samsung que permite ángulos de visión totales. Se puede considerar una mejora del panel IPS, pero con mejores ángulos, calidad de imagen, mejor brillo y un precio más bajo. Los primeros monitores con esta tecnología son los modelos S27A850 and S24A850 de Samsung, salidos a finales de 2011.

Interfaz eléctrica

Los dispositivos de visualización exteriores como una TFT LCD usan mayoritariamente una conexión analógica VGA, mientras que la mayoría de los nuevos modelos disponen de una interfaz digital, como DVI o HDMI. Dentro de un dispositivo de visualización externo hay una tarjeta controladora para convertir VGA, DVI, HDMI, CVBS, etc. a la resolución nativa digital RGB que el panel de pantalla pueda usar. En un portátil el chip de gráficos directamente producirá una señal adecuada para la conexión TFT incorporada. El mecanismo de control de la luz de fondo se incluye normalmente en la misma tarjeta controladora.

La interfaz de bajo nivel de STN, DSTN o paneles de pantalla TFT usan tanto el TTL 5V o TTL 3,3 V que transmite Reloj de píxeles, sincronización horizontal, sincronización vertical, rojo digital, verde digital, azul digital en paralelo. Algunos modelos también tienen características de entrada / pantalla activa, y barrido de dirección horizontal y vertical de las señales de dirección.

Nuevas y grandes (> 15 ") pantallas TFT suelen utilizar señalización LVDS o TMDS que es la misma interfaz paralela, pero pondrá control y bits RGB en el número de líneas de serie de transmisión que son sincronizadas con un reloj en 1 / 3 de la Tasa de bits de datos.

La intensidad de la luz de fondo se controla normalmente por variación de unos pocos voltios DC a la luz de fondo de alto voltaje (1,3 kilovoltios) - AC DC convertidor. También puede ser controlado por un potenciómetro o ser fijo. Algunos modelos usan la señal PWM para el control de la intensidad. El panel de pantalla desnudo sólo aceptará una señal de vídeo en la resolución determinada por el panel de matriz de píxeles destinado a la fabricación. Algunos paneles de pantalla ignorarán los bits de color LSB para facilitar la interferencia (8bit -> 6bit/color).

Los factores por los que una pantalla de un portátil no puede ser reutilizada directamente con una tarjeta de gráficos común de ordenador como la televisión, se debe principalmente a que carece de un equipo rescaler (a menudo el uso de alguna transformada de coseno discreta) que puede cambiar el tamaño de la imagen para adaptarse a la resolución nativa del panel de pantalla. Con señales analógicas como el controlador VGA de pantalla también tiene que realizar una conversión a alta velocidad de analógica a digital. Con señales de entrada digitales como DVI o HDMI algunos simples bits de relleno que se necesitan antes de alimentar al rescalar si la resolución de entrada no coincide con la resolución del panel de pantalla. Para CVBS o "TV" se necesita también el uso de un sintonizador y un decodificador y transformador de color.

Seguridad

Los cristales líquidos del interior de la pantalla son extremadamente tóxicos. No deben ser ingeridos, o tocados por la piel o la ropa. Si se producen derrames debido a que la pantalla se agrieta, lávese inmediatamente con agua y jabón.

La industria de las pantallas

Debido al alto coste de construcción de las fábricas de TFT, son pocos los principales proveedores de paneles OEM para grandes paneles. Las principales proveedoras de paneles de cristal son:

1. LG.Philips
2. AU Optronics
3. S - LCD Corporation (una empresa conjunta de SONY / samsung )
4. Chi Mei Optoelectronics
5. Sharp Corporation
6. SONY
7. Alcatel
8. Nokia y Ericsson

Los paneles LCD TFT son habitualmente clasificados en las fábricas en tres categorías, en relación con el número de píxeles muertos, luz de fondo y la uniformidad de la luz de fondo y la calidad de los productos en general. Además, puede haber un máximo de ± 2ms de diferencia de tiempo de respuesta entre los paneles individuales que llegaron a la misma línea de montaje en el mismo día. Las pantallas más pobres se venden a los vendedores sin nombre o utilizando un «valor» de los monitores TFT (a menudo marcadas con la letra V detrás del tipo de número), las que se encuentran en medio se orientan a los juegos o a la oficina en casa (a veces marcadas con la letra S), y las mejores pantallas suelen estar reservadas para un uso «profesional» (marcado con la letra P o S después de su tipo de número).

Actualmente el mercado está terminando de desplazar el CRT por las pantallas TFT y LCD, las cuales están siendo el sustituto tanto en el ordenador como en el televisor. A fecha de hoy, es prácticamente imposible encontrar monitores de un tamaño inferior a las 17", además de haber pasado su formato de 4:3 a formato panorámico 16:9. Las conexiones que se están implantando están desplazando el viejo VGA para abrir paso al DVI, al nuevo HDMI o al DisplayPort.

El inconveniente actual es que la tecnología aún no permite alcanzar la calidad de imagen (existe una sensación de arenilla borrosa o pixelado en los TFT y LCD) y velocidad de respuesta de los viejos CRT (2 ms). Aunque a favor hay una interesante cantidad de mejoras, como son un menor daño a la vista (recordemos que mirar un CRT es como clavar la vista a una bombilla), una resolución de imagen inalcanzable (el famoso FULL HD o 1080) y lo que siempre clamó a su éxito, un peso y volumen espacial considerablemente pequeños. Además de un consumo reducido, en especial si la retroiluminación es LED.

Enlaces externos

• TFT Central.co.uk, detalles completos sobre tecnologías de paneles de TFT - LCD
• Monitor Panel Search Database, Buscar acerca de la tecnología usada en visualización.
• Los parámetros de monitor de LCD contemporáneos y las características, xbitlabs.com, 10/01/2007
• LCD Panels with Response Time Compensation, xbitlabs.com, 10/01/2007
• Sharp Mie LCD plant Japan, semiconductor-technology.com
• Gaming issues with TFT LCD Displays, digital silence, Enero 10, 2007

Véase también

• televisión
• LCD
• TFT
• Multimonitores:TFT LCD